BR102019002305A2

BR102019002305A2 - controlador de veículo energizado eletricamente

Info

Publication number: BR102019002305A2
Application number: BR102019002305A
Authority: BR
Inventors: Oyanagi Hiroyuki; Hayashi Kazuhito; Shamoto Yoshihiro
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2019-09-10
Also published as: CN110171296B; JP6950560B2; KR20190098915A; EP3527420B1; KR102216811B1; EP3527420A1; US10723233B2; CN110171296A; JP2019146281A; US20190248248A1; RU2706928C1

Abstract

a presente invenção refere-se a um controlador de um veículo energizado eletricamente (20), que inclui uma unidade de controle eletrônico (50). a unidade de controle eletrônico (50) executa um controle de comutação por um controle de onda quadrada em um primeiro modo de comutação, quando uma velocidade de rotação do motor (32) é igual ou superior a uma primeira velocidade de rotação predeterminada. a unidade de controle eletrônico (50) executa o controle de comutação pelo controle de onda quadrada em um segundo modo de comutação, quando a velocidade de rotação do motor (32) é inferior à primeira velocidade de rotação predeterminada. a primeira velocidade de rotação predeterminada é uma velocidade de rotação inferior a uma primeira região de ressonância. o primeiro modo de comutação é um modo de um padrão de comutação, que elimina a ressonância lc na primeira região de ressonância. o segundo modo de comutação é um modo de um padrão de comutação, que elimina a ressonância lc em uma segunda região de ressonância, inferior à primeira velocidade de rotação predeterminada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONTROLADOR DE VEÍCULO ENERGIZADO ELETRICAMENTE. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se a um controlador de um veículo energizado eletricamente.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA [002] Como esse tipo de controlador de um veículo energizado eletricamente, um controlador foi até aqui proposto, que, quando um ponto operacional de um motor falha dentro de uma região de ressonância, na qual a ressonância ocorre em um circuito intensificador, executa controle de comutação em elementos de comutação de um inversor por um método de controle de onda quadrada, com base em um novo padrão de pulso tendo três pulsos por ciclo (por exemplo, consultar a publicação do pedido de patente japonesa de n° 2017-131094 (JP 2017-131094 A)). O controle de comutação, baseado nesse novo padrão de pulso, elimina a ressonância LC no circuito intensificador em uma frequência elétrica de sexta ordem de eletricidade de acionamento de motor por aumento da frequência elétrica de sexta ordem.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [003] O controlador descrito acima de um veículo energizado eletricamente pode eliminar a ressonância LC devido a uma frequência elétrica de sexta ordem da eletricidade de acionamento de motor por aumento da frequência elétrica de sexta ordem. No entanto, quando a frequência elétrica de sexta ordem é aumentada, um componente de frequência de maior ordem, tal como uma frequência de 12^a ordem, aumenta, de modo que possa ocorrer ressonância LC nessa frequência de maior ordem.

[004] A descrição proporciona um controlador de um veículo energizado eletricamente, que elimina não apenas a ressonância devido a

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2/21 um componente de frequência de baixa ordem de eletricidade de acionamento de motor, mas também a ressonância devido a um componente de frequência de alta ordem da mesma.

[005] O controlador de um veículo energizado eletricamente da presente invenção adotou as soluções apresentadas a seguir para obter o objeto principal mencionado acima.

[006] Um controlador de um veículo energizado eletricamente da presente invenção é instalado em um veículo energizado eletricamente, incluindo um motor para deslocamento, um inversor que aciona o motor, e um dispositivo de armazenamento de eletricidade que troca eletricidade com o motor pelo inversor. O controlador inclui uma unidade de controle eletrônico, que executa controle de comutação em um elemento de comutação do inversor por comutação entre controle de modulação de amplitude de pulso e um controle de onda quadrada, de acordo com um percentual de modulação. A unidade de controle eletrônico executa o controle de comutação pelo controle de onda quadrada em um primeiro modo de comutação, quando uma velocidade de rotação do motor é igual ou superior a uma primeira velocidade de rotação predeterminada. A unidade de controle eletrônico executa o controle de comutação pelo controle de onda quadrada em um segundo modo de comutação, quando a velocidade de rotação do motor é inferior à primeira velocidade de rotação predeterminada. O primeiro modo de comutação é um modo de um padrão de comutação, que elimina a ressonância LC na primeira região de ressonância. O segundo modo de comutação é um modo de um padrão de comutação, que elimina a ressonância LC em uma segunda região de ressonância inferior à primeira velocidade de rotação predeterminada.

[007] A unidade de controle eletrônico executa controle de comutação no elemento de comutação do inversor, que aciona o motor, por comutação entre o controle de modulação de amplitude de pulso e o

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3/21 controle de onda quadrada de acordo com o percentual de modulação. A unidade de controle eletrônico executa o controle de comutação pelo controle de onda quadrada da seguinte maneira: quando a velocidade de rotação do motor é igual ou superior à primeira velocidade de rotação predeterminada, inferior à primeira região de ressonância, a unidade de controle eletrônico executa o controle de comutação usando o primeiro modo de comutação do padrão de comutação, que elimina a ressonância LC na primeira região de ressonância. Por outro lado, quando a velocidade de rotação do motor é inferior à primeira velocidade de rotação predeterminada, a unidade de controle eletrônico executa o controle de comutação usando o segundo modo de comutação do padrão de comutação, que elimina a ressonância LC na segunda região de ressonância, inferior à primeira velocidade de rotação predeterminada. Especificamente, quando a velocidade de rotação está na primeira região de ressonância, na qual uma frequência de ordem baixa (por exemplo, uma frequência elétrica de sexta ordem) da eletricidade de acionamento de motor provoca ressonância LC em um sistema elétrico do veículo, a unidade de controle eletrônico executa o controle de comutação usando o primeiro modo de comutação do padrão de comutação, que elimina essa ressonância LC. Desse modo, a ressonância LC, devido a uma frequência de ordem baixa, pode ser eliminada. Por outro lado, quando a velocidade de rotação está na segunda região de ressonância, na qual uma frequência de ordem alta (por exemplo, uma frequência elétrica de 12^a ordem ou uma frequência elétrica de 24^a ordem) da eletricidade de acionamento de motor provoca uma ressonância LC no sistema elétrico do veículo, a unidade de controle eletrônico executa o controle de comutação usando o segundo modo de comutação do padrão de comutação, que elimina essa ressonância LC. Desse modo, a ressonância LC, devido a uma frequência de ordem alta, pode ser eliminada. Por conseguinte, é possível eliminar não apenas a ressonância LC, devido a um

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4/21 componente de frequência de ordem baixa da eletricidade de acionamento de motor, mas também a ressonância LC, devido a um componente de frequência de ordem alta da mesma.

[008] No controlador de um veículo energizado eletricamente da presente invenção, o primeiro modo de comutação pode ser um modo de um padrão de comutação tendo três ou mais pulsos por ciclo, com um primeiro meio-ciclo e um último meio-ciclo de cada ciclo tendo um ou mais pulsos e o primeiro meio-ciclo e um último meio-ciclo tendo o mesmo número de períodos, durante os quais a polaridade da voltagem é invertida temporariamente, e o segundo modo de comutação pode ser um modo de um padrão de comutação tendo um maior número de pulsos do que o primeiro modo de comutação. Nesse caso, considera-se que o segundo modo de comutação é um modo no qual, como no primeiro modo de comutação, um primeiro meio-ciclo e um último meiociclo de cada ciclo têm um ou mais pulsos e o mesmo número de períodos, durante os quais a polaridade da voltagem é invertida temporariamente.

[009] No controlador de um veículo energizado eletricamente da presente invenção, o segundo modo de comutação pode ser um modo de um padrão de comutação no qual um número de pulsos e um ângulo elétrico de comutação são ajustados de modo a remover um componente de uma alta frequência de uma ordem predeterminada, de acordo com um estado operacional do motor. O segundo modo de comutação pode ser um modo de um padrão de comutação que tem simetria de meia-onda e uma simetria ímpar. Por exemplo, um padrão de comutação, que aumenta a frequência de ordem baixa (por exemplo, a frequência elétrica de sexta ordem) do motor, pode ser usado no primeiro modo de comutação, que aumenta ainda mais uma frequência de ordem baixa (por exemplo, a frequência elétrica de sexta ordem) e uma frequência de ordem alta (por exemplo, a frequência elétrica de 12^a ordem ou a

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5/21 frequência elétrica de 24^a ordem) do motor, pode ser usado no segundo modo de comutação.

[0010] Quando a velocidade de rotação do motor é igual ou superior a uma segunda velocidade de rotação predeterminada da primeira região de ressonância, a unidade de controle eletrônico pode executar o controle de comutação em um modo de onda quadrada de um padrão de comutação tendo um pulso por ciclo. Desse modo, o número de vezes de comutação é reduzido quando a velocidade de rotação do motor é igual ou superior a uma segunda velocidade de rotação predeterminada, de modo que a perda de comutação possa ser reduzida e a eficiência de energia possa ser aumentada.

[0011 ] A unidade de controle eletrônico pode executar o controle de comutação pelo controle de onda quadrada no primeiro modo de comutação, quando a velocidade de rotação do motor está dentro da primeira região de ressonância. A unidade de controle eletrônico pode executar o controle de comutação no segundo modo de comutação, quando a velocidade de rotação do motor está dentro da segunda região de ressonância. A unidade de controle eletrônico pode executar o controle de comutação em um modo de onda quadrada, quando a velocidade de rotação do motor está fora de ambas a primeira região de ressonância e a segunda região de ressonância. O modo de onda quadrada pode ser um modo de um padrão de comutação tendo um pulso por ciclo. Desse modo, o número de vezes de comutação é reduzido, quando a velocidade de rotação do motor está fora de ambas a primeira região de ressonância e a segunda região de ressonância, de modo que a perda de comutação possa ser reduzida e a eficiência de energia possa ser aumentada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0012] As características, as vantagens e a importância técnica e

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6/21 industrial das concretizações exemplificativas da invenção vão ser descritas abaixo com referência aos desenhos em anexo, nos quais os números similares indicam elementos similares, e em que:

[0013] a Figura 1 é um diagrama de configuração mostrando uma visão geral da configuração de um veículo elétrico 20, equipado com um controlador de um veículo energizado eletricamente, como uma concretização da presente invenção;

[0014] a Figura 2 é um fluxograma mostrando um exemplo de uma rotina de controle de onda quadrada executada por uma unidade de controle eletrônico 50;

[0015] a Figura 3 é uma vista ilustrando esquematicamente um exemplo de padrões de pulsos em um modo de onda quadrada, um primeiro modo de comutação e um segundo modo de comutação;

[0016] a Figura 4 é uma vista ilustrando esquematicamente uma relação entre uma velocidade de rotação Nm de um motor 32, os modos de controle e as regiões de ressonância;

[0017] a Figura 5 é um fluxograma mostrando um exemplo de uma rotina de controle de onda quadrada de um exemplo modificado;

[0018] a Figura 6 é uma vista ilustrando esquematicamente uma relação entre uma velocidade de rotação Nm de um motor 32, os modos de controle e as regiões de ressonância no exemplo modificado;

[0019] a Figura 7 é um fluxograma mostrando um exemplo de uma rotina de controle de onda quadrada de um exemplo modificado; e [0020] a Figura 8 é uma vista ilustrando esquematicamente uma relação entre uma velocidade de rotação Nm de um motor 32, os modos de controle e as regiões de ressonância no exemplo modificado. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES [0021] A seguir, um modo para conduzir a presente invenção vai ser descrito usando uma concretização.

[0022] A Figura 1 é um diagrama de configuração mostrando uma

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7/21 visão geral da configuração de um veículo elétrico 20, equipado com um controlador de um veículo energizado eletricamente, como uma concretização da presente invenção. O veículo elétrico 20 dessa concretização inclui, como mostrado na Figura 1, um motor 32, um inversor 34, uma bateria 36 como uma fonte de energia, um conversor intensificador 40 e uma unidade de controle eletrônico 50.

[0023] O motor 32 é configurado como um motorgerador síncrono, e inclui um rotor, no qual ímãs permanentes são incorporados, e um estator, no qual são enroladas bobinas trifásicas. O rotor do motor 32 é conectado a um eixo de acionamento 26, que é acoplado a rodas motrizes 22a, 22b por meio de uma engrenagem diferencial 24.

[0024] O inversor 34 é usado para acionar o motor 32. O inversor 34 é conectado ao conversor intensificador 40 por linhas de energia no lado de alta voltagem 42, e tem seis transistores T11 a T16 como os elementos de comutação, e seis diodos D11 a D16, respectivamente, conectados em paralelo aos seis transistores T11 a T16. Os transistores T11 a T16 são dispostos em pares, com cada transistor conectado em um lado de fonte e em um lado de dreno, respectivamente, a um linha no lado do eletrodo positivo e a uma linha no lado do eletrodo negativo das linhas de energia no lado de alta voltagem 42. As bobinas trifásicas (bobina de fase U, bobina de fase V e bobina de fase W) do motor 32 são, respectivamente, conectadas aos pontos de conexão dos pares dos transistores T11 a T16. Desse modo, como a relação de um tempo ligado dos pares dos transistores T11 a T16 é ajustada pela unidade de controle eletrônico 50, enquanto que uma voltagem é aplicada ao inversor 34, um campo magnético rotativo é gerado nas bobinas trifásicas e o motor 32 é acionado para girar. Um capacitor de nivelamento 46 é montado pela linha no lado do eletrodo positivo e pela linha no lado do eletrodo positivo das linhas de energia no lado de alta voltagem 42.

[0025] A bateria 36 é configurada, por exemplo, como uma bateria

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8/21 secundária de íon de lítio ou uma bateria secundária de níquel e hidreto metálico, e é conectada ao conversor intensificador 40 pelas linhas de energia no lado de baixa voltagem 44. Um capacitor de nivelamento 48 é montado por uma linha no lado do eletrodo positivo e por uma linha no lado do eletrodo negativo das linhas de energia no lado de baixa voltagem 44.

[0026] O conversor intensificador 40 é conectado às linhas de energia no lado de alta voltagem 42 e às linhas de energia no lado de baixa voltagem 44, e tem dois transistores T31, T32, dois diodos D31, D32, conectados, respectivamente, em paralelo aos dois transistores T31, T32, e um reator L. O transistor T31 é conectado à linha no lado do eletrodo positivo das linhas de energia no lado de alta voltagem 42. O transistor T32 é conectado ao transistor T31 e às linhas no lado do eletrodo negativo das linhas de energia no lado de alta voltagem 42 e às linhas de energia no lado de baixa voltagem 44. O reator L é conectado a um ponto de conexão entre os transistores T31, T32 e à linha no lado do eletrodo positivo das linhas de energia no lado de baixa voltagem 44. Como a relação de um tempo ligado dos transistores T31, T32 é ajustada pela unidade de controle eletrônico 50, o conversor intensificador 40 aumenta a voltagem de eletricidade nas linhas de energia no lado de baixa voltagem 44 e fornece essa eletricidade às linhas de energia no lado de alta voltagem 42, ou diminui a voltagem de eletricidade nas linhas de energia no lado de alta voltagem 42 e fornece essa eletricidade às linhas de energia no lado de baixa voltagem 44.

[0027] A unidade de controle eletrônico 50 é configurada como um microprocessador centralizado em torno de uma CPU 52, e inclui, além da CPU 52, uma ROM 54, que armazena programas de processamento, uma RAM 56, que armazena temporariamente dados, e portas de entrada e saída. Os sinais de vários sensores são introduzidos na unidade de controle eletrônico 50 pela porta de entrada. Os exemplos dos sinais

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9/21 introduzidos na unidade de controle eletrônico 50 incluem uma posição de rotação 0m de um sensor de detecção de posição de rotação (por exemplo, um resolvedor) 32a, que detecta uma posição de rotação do rotor do motor 32, e as correntes de fases Iu, Iv de sensores de corrente 32u, 32v, que detectam as correntes de fase nas respectivas fases do motor 32. Outros exemplos são uma voltagem Vb de um sensor de voltagem 36a, montado nos terminais da bateria 36, e uma corrente Ib de um sensor de corrente 36b, montado nos terminais de saída da bateria 36. Outros exemplos são uma corrente IL de um sensor de corrente 40a, montado em série com o reator L, uma voltagem VH no capacitor (linhas de energia no lado de alta voltagem 42) de um sensor de voltagem 46a, montado nos terminais do capacitor 46, e uma voltagem VL no capacitor 48 (linhas de energia no lado de baixa voltagem 44) de um sensor de voltagem 48a, montado nos terminais do capacitor 48. Outros exemplos são um sinal de ignição de uma chave de ignição 60, e uma posição de mudança SP de um sensor de posição de mudança 62, que detecta uma posição operacional de uma alavanca de mudança 61. Mais outros exemplos são um grau operacional de acelerador Acc de um sensor de posição de pedal 64, que detecta um grau de abaixamento de um pedal de acelerador 63, uma posição de pedal de freio BP de um sensor de posição de pedal de freio 66, que detecta um grau de abaixamento de um pedal de freio 65, e uma velocidade de veículo V de um sensor de velocidade de veículo 68. A unidade de controle eletrônico 50 calcula uma velocidade de rotação Nm do motor 32 com base na posição de rotação 0m do sensor de detecção de posição de rotação 32a, e calcula uma relação de armazenamento de eletricidade SOC da bateria 36 com base em um valor integrado da corrente Ib da bateria 36 do sensor de corrente 36b. Nesse caso, a relação de armazenamento de eletricidade SOC é uma relação da quantidade de eletricidade armazenada na (a quantidade de eletricidade que pode ser descarregada da) bateria 36

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10/21 para a capacidade total da bateria 36.

[0028] Vários sinais de controle são transmitidos da unidade de controle eletrônico 50 pela porta de saída. Os exemplos dos sinais transmitidos da unidade de controle eletrônico 50 incluem sinais de controle de comutação para os transistores T11 a T16 do inversor 34 e os sinais de controle de comutação para os transistores T31, T32 do conversor intensificador 40.

[0029] No veículo elétrico 20 da concretização assim configurada, a unidade de controle eletrônico 50 executa o seguinte controle de funcionamento. No controle de funcionamento, a unidade de controle eletrônico 50 estabelece um torque necessário Td*, requerido pelo eixo de acionamento 26, com base no grau de operação do acelerador Acc e na velocidade do veículo V, estabelece o torque necessário preestabelecido Td* como um comando de torque Tm* para o motor 32, e executa o controle de comutação nos transistores T11 a T16 do inversor 34, de modo que o motor 32 seja acionado de acordo com o comando de torque Tm*. Além do mais, no controle de funcionamento, a unidade de controle eletrônico 50 estabelece uma voltagem-alvo VH* para as linhas de energia no lado de alta voltagem 42, de modo que o motor 32 possa ser acionado de acordo com o comando de torque Tm* e execute controle de comutação nos transistores T31, T32 do conversor intensificador 40, de modo que a voltagem VH, nas linhas de energia no lado de alta voltagem 42, satisfaça a voltagem-alvo VH*.

[0030] Quando da execução do controle de funcionamento, a unidade de controle eletrônico 50 controla o inversor 34 em um modo de controle de modulação de amplitude de pulso senoidal PWM, um modo de controle PWM de supermodulação e um modo de controle de onda quadrada. O modo de controle PWM senoidal é um modo de controle no qual o inversor 34 é controlado de modo que uma pseudovoltagem de corrente alternada trifásica é aplicada (fornecida) ao motor 32. O

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11/21 modo de controle PWM de supermodulação é um modo de controle no qual o inversor 34 é controlado de modo que uma voltagem de supermodulação seja aplicada ao motor 32. O modo de controle de onda quadrada é um modo de controle no qual o inversor 34 é controlado de modo que uma voltagem de onda quadrada seja aplicada ao motor 32. O modo de controle é selecionado de acordo com o percentual de modulação; para aumentar o percentual de modulação, o modo de controle de modulação de amplitude de pulso senoidal PWM, o modo de controle PWM de supermodulação e o modo de controle de onda quadrada são selecionados. Nessa concretização, o modo de controle de modulação de amplitude de pulso senoidal PWM e o modo de controle PWM de supermodulação são referidos coletivamente como um modo de controle PWM, pois o controle PWM é executado em ambos os modos de controle, e a unidade de controle eletrônico 50 basicamente executa controle por comutação entre o modo de controle PWM e o modo de controle de onda quadrada. Nessa concretização, para reduzir a perda de comutação dos transistores T11 a T16 do inversor 34 e aumentar a eficiência de energia, o inversor 34 é controlado, tanto quanto possível, no modo de controle de onda quadrada. Especificamente, ao estabelecer a voltagem-alvo VH* para as linhas de energia no lado de alta voltagem 42, de modo que o motor 32 possa ser acionado de acordo com o comando de torque Tm*, a unidade de controle eletrônico 50 estabelece a voltagem-alvo VH* de modo que o percentual de modulação corresponda, tanto quanto possível, ao modo de controle de onda quadrada, sem afetar o conforto de condução, etc.

[0031] A seguir, a operação do veículo elétrico 20 da concretização, particularmente, o controle para eliminar a ressonância com base em uma frequência de flutuação de carga fm do motor 32, executado pela unidade de controle eletrônico 50, vai ser descrito. A frequência de flutuação de carga fm do motor 32 depende do motor. A ressonância

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12/21 ocorre quando uma frequência elétrica de flutuação de sexta ordem ou uma frequência elétrica de flutuação de 12^a ordem pertence a uma região de ressonância de um circuito LC, formado pelo reator L do conversor intensificador 40 e pelos capacitores 46 nas linhas de energia no lado de alta voltagem 42. A frequência elétrica de flutuação de sexta ordem e a frequência elétrica de flutuação de 12a ordem variam linearmente relativamente à velocidade de rotação Nm do motor 32. Nessa concretização, uma região obtida por converter uma região, na qual a ressonância LC ocorre devido à frequência elétrica de flutuação de sexta ordem, a uma velocidade de rotação do motor 32 é referida como uma primeira região de ressonância, e uma região obtida por converter uma região, na qual a ressonância LC ocorre devido à frequência elétrica de flutuação de 12a ordem, a uma velocidade de rotação do motor 32 é referida como uma segunda região de ressonância.

[0032] A Figura 2 é um fluxograma mostrando um exemplo de uma rotina de controle de onda quadrada executada pela unidade de controle eletrônico 50. Essa rotina é executada repetidamente. Quando a rotina de controle de onda quadrada é iniciada, a unidade de controle eletrônico 50 executa primeiro um processo de introdução da velocidade de rotação Nm do motor 32 (etapa S100). Como a velocidade de rotação Nm do motor 32, uma velocidade de rotação calculada com base na posição de rotação 0m, do sensor de detecção de posição de rotação 32a, pode ser introduzida. Depois, a unidade de controle eletrônico 50 determina se a velocidade de rotação Nm do motor 32 é igual ou superior a um valor-limite Nref (etapa S110). Nesse caso, o valor-limite Nref é predeterminado como uma velocidade de rotação, que é inferior à primeira região de ressonância e superior à segunda região de ressonância. Quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 é igual ou superior ao valor-limite Nref, a unidade de controle eletrônico 50 seleciona o con

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13/21 trole de comutação em um primeiro modo de comutação, tendo um padrão de comutação (padrão de pulso) que aumenta a frequência de um componente de frequência elétrica de flutuação de sexta ordem (etapa S130), e termina a rotina atual. Por outro lado, quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 é inferior ao valor-limite Nref, a unidade de controle eletrônico 50 seleciona o controle de comutação em um segundo modo de comutação, tendo um padrão de comutação (padrão de pulso) que aumenta a frequência de um componente de frequência elétrica de flutuação de 12^a ordem, além daquela do componente de frequência elétrica de flutuação de sexta ordem (etapa S120), e termina a rotina atual.

[0033] A Figura 3 mostra esquematicamente um exemplo de padrões de pulso em um modo de onda quadrada, no primeiro modo de comutação e no segundo modo de comutação. O modo de onda quadrada é um modo tendo um pulso por ciclo. O primeiro modo de comutação tem um padrão de comutação, no qual um primeiro meio-ciclo e um último meio-ciclo de cada ciclo têm um ou mais pulsos e o mesmo número de períodos, durante os quais a polaridade de voltagem é invertida temporariamente, e que reduz o componente de frequência elétrica de flutuação de sexta ordem por aumento de sua frequência. Desse modo, o primeiro modo de comutação tem três ou mais pulsos por ciclo, que é um número maior de pulsos do que no modo de onda quadrada. Os detalhes do primeiro modo de comutação são descritos no pedido de patente japonesa JP 2017-131094 A. O padrão de comutação usado no primeiro modo de comutação, que reduz o componente de frequência elétrica de flutuação de sexta ordem por aumento de sua frequência, pode ser obtido por experimentos e criado na forma de uma tabela, ou pode ser calculado por computação. O padrão mostrado na Figura 3 tem um número mínimo de pulsos, isto é, três pulsos, para reduzir a perda

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14/21 de comutação dos transistores T11 a T16. O segundo modo de comutação tem um padrão de comutação, no qual o número e a amplitude de pulsos e um ângulo elétrico de comutação são estabelecidos de modo a remover um componente de uma alta frequência de uma ordem predeterminada, de acordo com um ponto operacional do motor 32. Nessa concretização, um padrão de comutação é usado, que não apenas reduz o componente de frequência elétrica de flutuação de sexta ordem por aumento de sua frequência, mas também reduz o componente de frequência elétrica de flutuação de 12^a ordem por aumento de sua frequência. Desse modo, o segundo modo de comutação tem cinco ou mais pulsos por ciclo, que é um número maior de pulsos do que no padrão de comutação do primeiro modo de comutação. Os detalhes do segundo modo de comutação são descritos na publicação do pedido de patente japonesa de n° 2013-162660. O padrão de comutação usado no segundo modo de comutação, que não apenas reduz o componente de frequência elétrica de flutuação de sexta ordem por aumento de sua frequência, mas também reduz o componente de frequência elétrica de flutuação de 12a ordem por aumento de sua frequência, também pode ser obtido por experimentos e criado na forma de uma tabela, ou pode ser calculado por computação. O padrão mostrado nessa concretização tem um número mínimo de pulsos, isto é, cinco pulsos, para reduzir a perda de comutação dos transistores T11 a T16. Como mostrado na Figura 3, os padrões de comutação do primeiro modo de comutação e do segundo modo de comutação são criados de modo a terem simetria de meia-onda expressa por f(wt) = -f(wt + π), bem como uma simetria ímpar expressa por f(wt) = f(p - wt), em que ω é a velocidade angular do rotor do motor 32 e t é o tempo. É possível remover os componentes harmônicos de ordens pares e simplificar o controle por uso da condição limitante de simetria de meia-onda, e remover os componentes de onda de cosseno de harmônicos por uso da condição limitante de simetria

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15/21 ímpar.

[0034] A Figura 4 mostra esquematicamente uma relação entre a velocidade de rotação Nm do motor 32, os modos de controle e as regiões de ressonância. A Figura 4 mostra que o modo de controle PWM e o modo de controle de onda quadrada são comutados de acordo com a velocidade de rotação Nm do motor 32. Como descrito acima, o modo de controle PWM e o modo de controle de onda quadrada são comutados de acordo com o percentual de modulação, que é determinado com base na voltagem VH nas linhas de energia no lado de alta voltagem 42, na velocidade de rotação Nm do motor 32 e na saída de torque Tm do motor 32. Portanto, deve-se entender que a Figura 4 é baseada em uma suposição que a voltagem VH, nas linhas de energia no lado de alta voltagem 42, é constante e a saída de torque Tm do motor 32 é também constante. Nessa concretização, como mostrado na Figura 4, quando, no modo de controle de onda quadrada, a velocidade de rotação Nm do motor 32 estiver dentro de uma amplitude incluindo a primeira região de ressonância e for igual ou superior ao valor-limite Nref, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no primeiro modo de comutação, que reduz a ressonância na primeira região de ressonância (ressonância devido à frequência elétrica de flutuação de sexta ordem). Desse modo, a ressonância na primeira região de ressonância pode ser eliminada. Por outro lado, quando, no modo de controle de onda quadrada, a velocidade de rotação Nm do motor 32 estiver dentro de uma amplitude, incluindo a segunda região de ressonância e for inferior ao valor-limite Nref, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no segundo modo de comutação, que reduz a ressonância na segunda região de ressonância (ressonância devido à frequência elétrica de flutuação de sexta ordem e à frequência elétrica de flutuação de 12^a ordem). Desse modo, a ressonância na segunda região de ressonância pode ser eliminada.

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16/21 [0035] Como foi descrito acima, no controlador instalado no veículo elétrico 20 da concretização, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no modo de controle de onda quadrada da seguinte maneira: quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 estiver dentro da amplitude incluindo a primeira região de ressonância e for igual ou superior ao valor-limite Nref, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no primeiro modo de comutação, que reduz a ressonância na primeira região de ressonância (ressonância devido à frequência elétrica de flutuação de sexta ordem). Desse modo, a ressonância na primeira região de ressonância pode ser eliminada. Por outro lado, quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 estiver dentro da amplitude incluindo a segunda região de ressonância e for inferior ao valor-limite Nref, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no segundo modo de comutação, que reduz a ressonância na segunda região de ressonância (ressonância devido à frequência elétrica de flutuação de sexta ordem e à frequência elétrica de flutuação de 12^a ordem). Desse modo, a ressonância na segunda região de ressonância pode ser eliminada. Por conseguinte, é possível eliminar não apenas a ressonância devido ao componente de frequência de ordem baixa de eletricidade, que aciona o motor 32, mas também a ressonância devido a um componente de frequência de ordem alta da mesma.

[0036] No controlador instalado no veículo elétrico 20 da concretização, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no modo de controle de onda quadrada em uma maneira tal que, quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 está dentro da amplitude incluindo a primeira região de ressonância e for igual ou superior ao valor-limite Nref, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no primeiro modo de comutação, e que, quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 está dentro da faixa incluindo a

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17/21 segunda região de ressonância e for inferior ao valor-limite Nref, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no segundo modo de comutação. Alternativamente, a unidade de controle eletrônico 50 pode executar o controle de comutação no modo de controle de onda quadrada (padrão de um pulso), quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 é superior à primeira região de ressonância. Nesse caso, a unidade de controle eletrônico 50 pode executar a rotina de controle de onda quadrada ilustrada na Figura 5. Na rotina de controle de onda quadrada da Figura 5, a unidade de controle eletrônico 50 introduz a velocidade de rotação Nm do motor 32 (etapa S200), e determina se a velocidade de rotação Nm está dentro de uma região incluindo a segunda região de ressonância e inferior a um valor-limite Nref1, ou uma região incluindo a primeira região de ressonância e igual ou superior ao valor-limite Nref1, mas inferior a um valor-limite Nref2, ou uma região igual ou superior ao valor-limite Nref2, que é maior do que a primeira região de ressonância (etapa S210). Quando determina-se que a velocidade de rotação Nm do motor 32 está dentro da região incluindo a segunda região de ressonância e inferior ao valor-limite Nref1, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no segundo modo de comutação (etapa S220), e termina a rotina atual. Quando determina-se que a velocidade de rotação Nm do motor 32 está dentro da região incluindo a primeira região de ressonância e igual ou superior ao valor-limite Nref1, mas inferior ao valor-limite Nref2, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no primeiro modo de comutação (etapa S230), e termina a rotina atual. Quando determina-se que a velocidade de rotação Nm do motor 32 está dentro da região igual ou superior ao valor-limite Nref2, que é maior do que a primeira região de ressonância, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no modo de onda quadrada (etapa S240), e termina a rotina atual. A Figura 6 mostra esquematicamente

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18/21 uma relação entre a velocidade de rotação Nm do motor 32, os modos de controle e as regiões de ressonância nesse exemplo modificado. Em comparação com a execução do controle de comutação no primeiro modo de comutação, quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 está dentro da região igual ou superior ao valor-limite Nref2, que é maior do que a primeira região de ressonância, a execução do controle de comutação no modo de onda quadrada nessa região, como no exemplo modificado, pode reduzir a perda de comutação e aumentar a eficiência de energia.

[0037] Alternativamente, a unidade de controle eletrônico 50 pode executar o controle de comutação no modo de onda quadrada de uma maneira tal que, quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 ficar na primeira região de ressonância, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no primeiro modo de comutação, e que, quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 ficar na segunda região de ressonância, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no segundo modo de comutação, e que, quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 não ficar nem na primeira região de ressonância e nem na segunda região de ressonância, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no modo de onda quadrada. Nesse caso, a unidade de controle eletrônico 50 pode executar a rotina de controle de onda quadrada da Figura 7. Na rotina de controle de onda quadrada da Figura 7, a unidade de controle eletrônico 50 introduz a velocidade de rotação Nm do motor 32 (etapa S300), e determina se a velocidade de rotação Nm pertence à primeira região de ressonância (etapa S310) ou pertence à segunda região de ressonância (etapa S320). Quando determina-se que a velocidade de rotação Nm do motor 32 não pertence nem à primeira região de ressonância e nem à segunda região de ressonância, a unidade de controle

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19/21 eletrônico 50 executa o controle de comutação no modo de onda quadrada (etapa S330), e termina a rotina atual. Quando determina-se que a velocidade de rotação Nm do motor 32 pertence à segunda região de ressonância, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no segundo modo de comutação (etapa S340), e termina a rotina atual. Quando determina-se que a velocidade de rotação Nm do motor 32 pertence à primeira região de ressonância, a unidade de controle eletrônico 50 executa o controle de comutação no primeiro modo de comutação (etapa S350), e termina a rotina atual. A Figura 8 mostra esquematicamente uma relação entre a velocidade de rotação Nm do motor 32, os modos de controle e as regiões de ressonância nesse exemplo modificado. Em comparação com a execução do controle de comutação no primeiro modo de comutação ou no segundo modo de comutação, quando a velocidade de rotação Nm do motor 32 está dentro de uma região fora de ambas a primeira região de ressonância e a segunda região de ressonância, a execução do controle de comutação no modo de onda quadrada nessa região, como no exemplo modificado, pode reduzir a perda de comutação e aumentar a eficiência de energia. [0038] Ainda que o veículo elétrico 20 da concretização inclua o motor 32, o inversor 34, a bateria 36 e o conversor intensificador 40, o controlador pode ser alternativamente instalado em um veículo que não inclui o conversor intensificador 40. Também nesse caso, um capacitor de nivelamento é proporcionado entre a bateria 36 e o inversor 34, e, desse modo, um circuito LC é formado por um componente de reator no circuito (por exemplo, um componente de reator da bateria 36) e pelo capacitor. Consequentemente, a ressonância ocorre quando a frequência elétrica de flutuação de sexta ordem ou a frequência elétrica de flutuação de 12^a ordem pertence à região de ressonância do circuito LC, formado pelo componente de reator e pelo capacitor. Portanto, esse veículo pode ser controlado da mesma maneira que na concretização dos

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20/21 seus exemplos modificados, para eliminar a ressonância devido a um componente de frequência de ordem baixa de eletricidade, que aciona o motor 32, bem como a ressonância devido a um componente de frequência de ordem alta da mesma.

[0039] Ainda que o veículo elétrico 20 da concretização inclua o único motor 32 e o inversor 34, que aciona o motor 32, o controlador pode ser instalado alternativamente em um veículo que inclui vários motores 32 e vários inversores, que acionam, respectivamente, esses motores. Nesse caso, com uma região de ressonância devido a um componente de frequência elétrica de flutuação de sexta ordem de cada motor, definido como a primeira região de ressonância, e com uma região de ressonância devido a um componente de frequência elétrica de flutuação de 12^a ordem de cada motor, definido como a segunda região de ressonância, a rotina de controle de onda quadrada da concretização ou dos exemplos modificados pode ser executada para cada motor.

[0040] Ainda que a bateria 36 seja usada como o dispositivo de armazenamento de eletricidade no veículo elétrico 20 da concretização, qualquer dispositivo que possa armazenar eletricidade, por exemplo, um capacitor, pode ser usado.

[0041] O controlador é instalado no veículo elétrico 20, incluindo o motor 32 na concretização. No entanto, o controlador pode ser instalado alternativamente em um veículo elétrico híbrido, incluindo uma máquina além do motor 32.

[0042] A relação de correspondência entre os componentes principais da concretização e os componentes principais da invenção, descritos no SUMÁRIO DA INVENÇÃO, é como segue: o motor 32, o inversor 34, a bateria 36 e a unidade de controle eletrônico 50, na concretização, são exemplos do motor, do inversor, do dispositivo de armazenamento de eletricidade e da unidade de controle eletrônico, respectivamente.

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21/21 [0043] Ainda que o modo para condução da presente invenção tenha sido descrito acima por uso da concretização, deve-se entender que a presente invenção não é de modo alguma limitada a essa concretização, mas pode ser implementada em vários modos dentro do âmbito da essência da invenção.

[0044] A presente invenção é aplicável, por exemplo, em uma indústria que fabrica controladores de veículos energizados eletricamente.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Controlador de um veículo energizado eletricamente (20), o controlador sendo instalado no veículo energizado eletricamente (20) incluindo um motor (32) para deslocamento, um inversor (34) que aciona o motor (32), e um dispositivo de armazenamento de eletricidade (36) que troca eletricidade com o motor (32) pelo inversor (34), o controlador caracterizado pelo fato de que compreende uma unidade de controle eletrônico (50), configurada para executar controle de comutação em um elemento de comutação (T11, T12, T13, T14, T15, T16) do inversor (34) por comutação entre controle de modulação de amplitude de pulso e um controle de onda quadrada, de acordo com um percentual de modulação, em que:

a unidade de controle eletrônico (50) é configurada para executar o controle de comutação pelo controle de onda quadrada em um primeiro modo de comutação, quando uma velocidade de rotação do motor (32) é igual ou superior a uma primeira velocidade de rotação predeterminada;

a unidade de controle eletrônico (50) é configurada para executar o controle de comutação pelo controle de onda quadrada em um segundo modo de comutação, quando a velocidade de rotação do motor (32) é inferior à primeira velocidade de rotação predeterminada;

a primeira velocidade de rotação predeterminada é uma velocidade de rotação inferior à primeira região de ressonância;

o primeiro modo de comutação é um modo de um padrão de comutação, que elimina a ressonância LC na primeira região de ressonância; e o segundo modo de comutação é um modo de um padrão de comutação, que elimina a ressonância LC em uma segunda região de ressonância inferior à primeira velocidade de rotação predeterminada.
2. Controlador do veículo energizado eletricamente (20), de

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2/3 acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

o primeiro modo de comutação é um modo de um padrão de comutação tendo três ou mais pulsos por ciclo, com um primeiro meiociclo e um último meio-ciclo de cada ciclo tendo um ou mais pulsos e o primeiro meio-ciclo e um último meio-ciclo tendo o mesmo número de períodos, durante os quais a polaridade da voltagem é invertida temporariamente; e o segundo modo de comutação é um modo de um padrão de comutação tendo um maior número de pulsos do que o primeiro modo de comutação.
3. Controlador do veículo energizado eletricamente (20), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que:

o segundo modo de comutação é um modo de um padrão de comutação no qual um número de pulsos em um ciclo predeterminado e um ângulo elétrico de comutação são ajustados de modo a remover um componente de uma alta frequência de uma ordem predeterminada, de acordo com um estado operacional do motor (32); e o segundo modo de comutação é um modo de um padrão de comutação tendo simetria de meia-onda e simetria ímpar.
4. Controlador do veículo energizado eletricamente (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que quando a velocidade de rotação do motor (32) é igual ou superior a uma segunda velocidade de rotação predeterminada, que é igual ou superior a uma velocidade de rotação de limite superior da primeira região de ressonância, a unidade de controle eletrônico (50) é configurada para executar o controle de comutação em um modo de onda quadrada de um padrão de comutação tendo um pulso por ciclo.
5. Controlador do veículo energizado eletricamente, de

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3/3 acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que:

a unidade de controle eletrônico (50) é configurada para executar o controle de comutação pelo controle de onda quadrada no primeiro modo de comutação, quando a velocidade de rotação do motor (32) está dentro da primeira região de ressonância;

a unidade de controle eletrônico (50) é configurada para executar o controle de comutação pelo controle de onda quadrada no segundo modo de comutação, quando a velocidade de rotação do motor (32) está dentro da segunda região de ressonância; e a unidade de controle eletrônico (50) é configurada para executar o controle de comutação pelo controle de onda quadrada em um modo de onda quadrada, quando a velocidade de rotação do motor (32) está fora de ambas a primeira região de ressonância e a segunda região de ressonância, o modo de onda quadrada é um modo de um padrão de comutação tendo um pulso por ciclo.